具備改進的水冷卻結構的坩堝軸的製作方法
2024-03-11 05:53:15 3
專利名稱：具備改進的水冷卻結構的坩堝軸的製作方法
技術領域：
本發明涉及矽單晶生產的單晶爐設備，特別涉及一種具備改進的水冷卻結構的坩堝軸。
背景技術：
在直拉法矽單晶生長爐的生產運行中，是通過坩堝軸運動控制坩堝的旋轉和升降的。坩堝和其它熱場部件採用石墨材料加工而成，在使用過程中可以承受內部環境約 1600°C的高溫。單晶爐與熱場坩堝部件通過不鏽鋼坩堝軸連接，不鏽鋼本身不能承受連接處高溫，需要在坩堝軸內部通以冷卻水以起到保護作用。目前普遍採用的坩堝軸如圖1所示。其後端設置進出水管，因其前端無特殊結構設計，冷卻水被引入後即返回，冷卻水流通行程短，冷卻效果差。這樣在長時間運行後，坩堝軸端部較熱，經常會發生石墨坩堝軸與不鏽鋼坩堝軸被燒結在一起，將兩者分離困難，較大的外力衝擊下造成石墨軸損壞、不鏽鋼軸產生微裂紋以致漏水的情況，更嚴重的會造成軸鎖緊螺絲熔斷在不鏽鋼軸的螺孔內，拆除更加困難。使用傳統水冷結構的不鏽鋼坩堝軸這些現象的頻繁發生，使用壽命受嚴重影響，給生產和日常的檢查、維修都帶來不便。自直拉法矽單晶生長爐投入使用以來，迄今已有93年，但坩堝軸水冷卻結構始終未能有效改進， 給相關生產企業帶來嚴重困擾。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種具備改進的水冷卻結構的坩堝軸。為解決技術問題，本發明提供的方案是提供一種具備改進的水冷卻結構的坩堝軸，坩堝軸的前端具備與熱場石墨軸端部相適應的外部形狀，坩堝軸的後端沿軸向設置冷卻水的進水管和出水管；坩堝軸的內部設有一個空腔，該空腔的存在使得坩堝軸呈空心的殼體狀結構；進水管或出水管延伸至空腔中，且在其延伸段末端外沿環設一擋水板，使得擋水板與坩堝軸前端殼體之間、擋水板與坩堝軸側面殼體之間成為冷卻水的流動通道。作為一種改進，所述坩堝軸的前端具備內凹或外凸的錐臺形狀，所述空腔中的擋水板具備與該錐臺形狀相適應的形狀。作為一種改進，所述進水管和出水管為同心環狀設置；即，在坩堝軸的後端沿軸向開設一個連接所述空腔的通孔，通孔的中心設一管道，該管道的內部通道作為進水管或出水管，而管道外壁與通孔內壁之間的通道則相應地作為出水管或進水管。作為一種改進，所述擋水板與坩堝軸的側面殼體內壁之間，設置用於固定連接的筋條。作為一種改進，所述坩堝軸的前端以及與前端相接的部分側面殼體是一個單獨的預製件，通過坩堝軸側面殼體上一個沿徑向圓周方向的連接部位，與坩堝軸後端相接的側面殼體實現連接。作為一種改進，所述連接部位的連接方式是焊接連接或螺紋密封連接中的任意一種。本發明的有益效果是在原有坩堝軸的基礎上，對坩堝軸的內部冷卻水流通水路的結構作了合理的優化，通過增加擋水板、改變流道的位置，增大散熱面積，減小水道與散熱面的距離，來提升坩堝軸的冷卻效果。經實際運用的檢測，採用本發明後，坩堝軸冷卻效率由原來的30%提高至 80%，坩堝軸使用過程中未曾發生與石墨軸燒結、坩堝軸緊固螺絲熔斷等現象。
圖1為原有的坩堝軸示意圖；圖2為具備改進的水冷卻結構的坩堝軸。圖3為圖2中A-A向截面圖；附圖標記J甘堝軸1，筋條2，連接部位3，擋水板4，管道5。
具體實施例方式本實施例中的具備改進的水冷卻結構的坩堝軸如圖2所示。坩堝軸1的前端具備與熱場石墨軸端部相適應的外部形狀。本實施例中為內凹的錐臺形狀，錐臺的底端設置具有內螺紋的沉孔。這樣的設計適應於目前通常所用的熱場石墨軸端部形狀。當然，如果將熱場石墨軸端部形狀改為內凹狀，也可以將坩堝軸前端設計為外凸的錐臺形狀與之相配。坩堝軸1的後端沿軸向設置冷卻水的進水管和出水管；進水管和出水管為同心環狀設置；即，在坩堝軸的後端沿軸向開設一個連接所述空腔的通孔，通孔的中心設一管道 5，管道5的內部通道作為進水管或出水管，而管道5外壁與通孔內壁之間的通道則相應地作為出水管或進水管。坩堝軸1的內部設有一個空腔，該空腔的存在使得坩堝軸1呈空心的殼體狀結構； 進水管或出水管延伸至空腔中，且在其延伸段末端的外沿環設一擋水板4，使得擋水板4與坩堝軸1前端殼體之間、擋水板4與坩堝軸1側面殼體之間成為冷卻水的流動通道。因為空腔的形狀是根據坩堝軸的前端變化的，為適應於空腔的形狀，擋水板4也具備與坩堝軸的前端相適應的形狀。擋水板4與坩堝軸1的側面殼體內壁之間，可以根據實際需要設置用於固定連接的筋條2 ；筋條2的數量根據實際需求設定，均勻分布。因為擋水板4是置於坩堝軸1的空腔之中的，所以基於其安裝的需要，坩堝軸1的殼體必須採用分體式設計。本發明中的方法是設計一個沿徑向圓周方向的連接部位3。艮口， 坩堝軸1的前端以及與前端相接的部分側面的殼體是一個單獨的預製件，先將擋水板4、筋條2焊接固定在坩堝軸1後端的側面殼體內壁，然後將預製件連接至與坩堝軸1後端相接的側面殼體。本實施例中，連接部位3選用的連接方式是焊接連接。當然，螺栓密封連接也是可選方式。本實施例中，坩堝軸1、擋水板4和管道5都以不鏽鋼材料製備而成。管道5的內部作為進水管，管道5與坩堝軸1後端通孔內壁之間存在5mm環狀間隙，作為出水管。
本發明的具體使用舉例如下單晶爐開始拉晶工作時，隨著坩堝爐溫度的升高，坩堝軸溫度也隨之升高，冷卻水從進水管進入，在末端依次通過擋水板4與坩堝軸1前端部殼體之間的通道、擋水板4與坩堝軸1側面殼體之間的通道，最後從進水管與坩堝軸後端通孔內壁之間的環狀間隙流出。 單晶爐內部溫度達到1400°C時，冷卻水流量控制為10 15L/min，單晶爐內部溫度達到 1600°C時，冷卻水流量控制為15 20L/min。冷卻水進水溫度範圍控制在 ^°C，當冷卻水出水溫度超過35°C，發出超溫報警信號。
權利要求
1.具備改進的水冷卻結構的坩堝軸，坩堝軸的前端具備與熱場石墨軸端部相適應的外部形狀，坩堝軸的後端沿軸向設置冷卻水的進水管和出水管；其特徵在於，坩堝軸的內部設有一個空腔，該空腔的存在使得坩堝軸呈空心的殼體狀結構；進水管或出水管延伸至空腔中，且在其延伸段末端的外沿環設一擋水板，使得擋水板與坩堝軸前端部殼體之間、擋水板與坩堝軸側面殼體之間成為冷卻水的流動通道。
2.根據權利要求1所述的具備水冷卻結構的坩堝軸，其特徵在於，所述坩堝軸的前端具備內凹或外凸的錐臺形狀，所述空腔中的擋水板具備與該錐臺形狀相適應的形狀。
3.根據權利要求1所述的具備水冷卻結構的坩堝軸，其特徵在於，所述進水管和出水管為同心環狀設置；即，在坩堝軸的後端沿軸向開設一個連接所述空腔的通孔，通孔的中心設一管道，該管道的內部通道作為進水管或出水管，而管道外壁與通孔內壁之間的通道則相應地作為出水管或進水管。
4.根據權利要求1至3任意一項中所述的具備水冷卻結構的坩堝軸，其特徵在於，所述擋水板與坩堝軸的側面殼體內壁之間，設置用於固定連接的筋條。
5.根據權利要求1至3任意一項中所述的具備水冷卻結構的坩堝軸，其特徵在於，所述坩堝軸的前端以及與前端相接的部分側面殼體是一個單獨的預製件，通過坩堝軸側面殼體上一個沿徑向圓周方向的連接部位，與坩堝軸後端相接的側面殼體實現連接。
6.根據權利要求5所述的具備水冷卻結構的坩堝軸，其特徵在於，所述連接部位的連接方式是焊接連接或螺紋密封連接中的任意一種。
全文摘要
本發明涉及矽單晶生產的單晶爐設備，旨在提供一種具備改進的水冷卻結構的坩堝軸。該坩堝軸的前端具備與熱場石墨軸端部相適應的外部形狀，坩堝軸的後端沿軸向設置冷卻水的進水管和出水管；坩堝軸的內部設有一個空腔，該空腔的存在使得坩堝軸呈空心的殼體狀結構；進水管或出水管延伸至空腔中，且在其延伸段末端外沿環設一擋水板，使得擋水板與坩堝軸前端殼體之間、擋水板與坩堝軸側面殼體之間成為冷卻水的流動通道。在原有坩堝軸的基礎上，對坩堝軸的內部冷卻水流通水路的結構作了合理的優化，坩堝軸冷卻效率由原來的30％提高至80％，坩堝軸使用過程中未曾發生與石墨軸燒結、坩堝軸緊固螺絲熔斷等現象。
文檔編號C30B15/10GK102312287SQ20111018614
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月4日 優先權日2011年7月4日
發明者曹建偉, 朱亮, 王魏, 邱敏秀, 郭建宇 申請人:浙江晶盛機電股份有限公司